第七章 中学物理实验教学.docx
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1、第七章 中学物理实验教学 7.1 物理教学必需以试验为基础 中学物理教学必需以试验为基础。这是由试验本身的特点及其在物理教学中的作用来确定的。 1.试验能为学生学习物理供应符合相识规律的环境 在学习物理过程中,要形成物理概念和相识物理规律,首先必需要有肯定的感性相识。这种感性相识可以来源于学生的生活环境,也可以来源于试验供应的物理事实。通常,从生活中得到的感性材料多来自困难的运动形态,力、热、电、光现象交织在一起,本质、非本质的因素交融在一起。因此,仅通过这种途径来使学生建立概念和相识规律有时会遇到很大困难。运用试验则可以供应细心选择的、简化和纯化的素材,它能够使学生对物理事实获得明确、详细的
2、相识。例如,人们生活在空气的海洋里,却很难感受到大气压强的作用。做一个覆杯试验或马德堡半球模拟试验,大气压存在的物理事实就呈现在学生眼前,他们对这个概念就易于理解和驾驭。又如,学生对物体所受静摩擦力的方向经常难于分辨,其主要缘由是进行抽象思维活动时,头脑中缺少表象的支持。假如应用如图7-1所示的方法,将有助于学生形成表象,以克服学习中的难点。 2试验能培育学生学习物理的爱好,激发学生的求知愿望 为什么要特殊强调试验对培育学生学习爱好的重要性?有如下的缘由: 首先,试验具有真实、形象、生动的特点,尤其对中学生有很强的吸引力,极易唤起他们的直觉爱好。例如,让学生视察“喷泉”、“煮金鱼”等生动好玩的
3、试验,他们的留意力会高度集中,新颖的试验现象经常出乎他们意料之外,使他们爱好盎然。这样,就简单唤起他们的新奇心,激发他们的求知欲望,使学生的爱好不只是停留在被视察物理现象的表面上。 其次,试验是一种有目的性的操作行为。学生在视察的基础上,很自然会产生一种自己操作的欲望。让学生动手试验,不但可以满意学生的操作愿望,还可以发展学生对探究学问和规律的爱好,进而发展学生的相识爱好。 当学生对物理产生深厚爱好的时候,他们的学习欲望剧烈,学习中会感到轻松开心,从而有利于形成主动的、正确的学习方法。不断地体尝“发觉”与“战胜困难获得胜利”的喜悦,学生学好物理的信念就会越来越强更为重要的是,由此可转化为一种酷
4、爱科学的素养和志向,这对学生特性的发展具有重要的意义 3试验是发展学生实力和使学生得到科学方法训练的重要途径 图7-2表示学生在试验活动中的信息流程从这个流程可以看出试验对培育学生各种实力的影响:通过阅读试验资料,培育着阅读、自学实力;通过感觉器官接受形象和数据信息,并传递到大脑,一方面进行思维加工,一方面输出反馈信息、限制视察和操作器官,以获得更为广泛和深化的信息这个过程可以培育视察实力和手脑并用的实力;与此同时,在大脑中抽调出贮存的有关信息,进行更深化的思维加工,从而加强了思维实力的培育;此外,把思维加工的结果以语言和文字的形式表达出来,又培育着表达实力由此可知,试验是一种综合的实力培育过
5、程 由于试验是一种科学的方法,它能够创建”最的确、最少受干扰”、“保证过程以其纯粹形态进行”的物理环境,它是理论亲密联系实际的学习过程,在这个过程中隐藏着极其活跃的因素,能够活化学生学到的物理学问,因此,试验是对学生进行创建意识训练和科学方法训练的有效途径 4试验有利于培育学生良好的道德素养和科学作风 由于试验本身是一个严格的科学过程,要想获得试验的胜利,必需一丝不苟,来不得半点虚假,并且必需把各项活动支配得井井有条,这对培育学生实事求是的看法和严谨的科学作风非常有益,此外,在试验过程中也不总是一帆风顺的它以很强的吸引力磨炼学生的意志;加之试验中存在着辩证唯物主义教化的丰富素材,这对学生科学世
6、界观的形成起着促进作用我们不行低估试验在这方面的作用,从某种意义上说,试验的这种作用较之于学生驾驭一些详细的学问和技能更为重要,对于提高人的素养具有很大意义 综上所述,试验在完成物理教学的任务中占有特别重要的地位,我们必需从培育社会主义现代化建设所须要的、有特性特征的、全面发展的人才的高度来充分相识试验教学的意义,切实变更某些不重视试验的旧观念,始终坚持以试验为基础的教学方向 7.2物理试验的分类及各类试验的作用 物理教学中的试验,大体上可以分为如下几类:(1)演示试验(2)学生分组试验;(3)课内小试验;(4)课外试验将上述各类试验与肯定的教学手段协作就组成了各种试验教学课型:例如,将演示试
7、验穿插在老师的讲授过程中可组成演示讲授课;将老师的演示与学生的探讨结合可组成演示探讨课;将老师的演示与学生的练习结合可组成演示习题课;将学生的小试验穿插在课堂教学活动中,可组成“边教边试验”或“边学边试验”;将老师的指导贯穿在学生独立操作的分组试验过程中,就构成了学生分组试验课型各种试验有各自的特点,各自的功能,试验教学应当是各种试验与各种教学手段有机结合的系统应当依据物理教学的整体要求来选择和组织试验教学系统下面,将演示试验、学生分组试验和课内小试验的特点和功能分别作一介绍(课外试验将在第十一章中介绍) 一、演示试验的特点和作用 演示试验是以老师为主要操作者的表演示范试验它的目的主要是把要探
8、讨的物理现象展示在学生的眼前,引导学习视察思索;协作讲授或穿插学生探讨等方式使学生相识物理概念和规律,或者通过演示的引导和示范作用,为学生独立训练创建条件它的主要作用如下: 1引入课题,激发学生的求知欲望 老师经常选择一些生动、好玩、新颖和使学生感到意外的演示试验来引入课题,它能够有效地激发学生的求知欲望 例如,老师在讲授动量定理之前,做如图7-3所示的试验:将一个生鸡蛋用棉线在其上围绕一周,再用透亮胶带将打结处的两侧贴牢把线的另一端跨过铁架上的钩于,象升旗一样把鸡蛋缓缓地升到铁钩下端,然后把线松开,让鸡蛋从高处落下学生惊慌而又意外地看到鸡蛋落下后反弹起来,被老师捉住,紧接着将鸡蛋往桌面上轻轻
9、一砸,使蛋汁流入玻璃杯内随后老师提出问题:“为什么鸡蛋从那么高处落下没有砸碎,而在桌上轻轻一砸就壳破汁流呢?”老师运用这个演示,创建了一个开心学习的环境,使学生的思维活动处于主动状态 2供应必要的感性素材,帮助学生建立概念和相识规律 在课堂教学中,老师常用演示试验展示物理的现象和改变的过程,特殊是学生日常生活中难以见到的或者是与学生的阅历相抵触的现象和过程,使学生获得丰富的感性学问,形成显明的表象,为学生建立正确的概念、相识规律奠定基础 例如,物体的形变总是伴随弹性力而产生的,然而,坚硬的物体,形变很小,学生无法察觉,因此在他们的观念中形成了“有的物体能够形变(如橡皮、弹簧),而有的物体不会形
10、变(如石头、玻璃)”的错误相识为订正上述错误的相识,老师可应用如图74的演示试验由于加接了细孔径2毫米的玻璃管,而使形变的现象显露出来又由于选用了椭圆截面的大墨水瓶,沿短轴方向向内挤压时(a),可以看到玻璃管中的液柱上升;沿长轴方向向内挤压时(b),可以看到玻璃管中的液柱下降学生在惊异的发觉中建立了正确相识 3进行视察和思维训练,巩固和应用物理学问 由于演示试验中老师的可限制特点很突出,老师能够有意识地选择和设计试验的内容和程序得心应手地把须要的现象展示出来,因此演示试验不仅可在学生形成学问的过程中发挥作用,而且可以在学生应用学问的过程中发挥很好的作用 例如,老师利用电学黑箱对学生进行视察、思
11、维训练,黑箱盖上有两个接线柱,箱内只有两个电学元件;一只大容量的电解电容器(1000微法)和一只数千欧姆的电阻并联,用示教电流计的R100的欧姆表进行测试,让学生通过视察,推断元件的种类及其联结的方式尽管只有两个元件,也必需特别细致地视察,既要把握电流改变的阶段特征(先大后小),又要察觉电流改变瞬时特征(速率越来越小),以及终态电流的状况,经过仔细思索,才能得出正确的结论 4供应示范,为学生训练试验技能创建条件 在演示教学中,老师的示范作用表现在两个方面:一是通过演示试验介绍学生将要运用的仪器和进行试验的方法步骤、技能;二是通过老师操作过程中实事求是看法,肃穆仔细一丝不苟的作风的影响,潜移默化
12、地培育学生良好的作风、习惯 总之,演示试验是物理试验教学中发挥老师主导作用的重要手段之一胜利的演示试验,经常给学生留下难以磨灭的显明印象,使课堂气氛异样活跃,从而获得很好的教学效果 二、学生分组试验的特点和作用 学生分组试验是学生在老师指导下利用整节课时间,在试验室分组进行试验的教学形式它是学生亲自动手运用仪器、视察测量、取得资料数据,并亲自分析总结的过程;是学生学习物理学问、培育试验技能和良好品德素养的重要环节从教学目的的侧重点来划分,学生分组试验大体上可以分为五类,即:探讨性(探究性)试验,验证性试验,测定性试验,基本仪器运用训练性试验和装配技术训练性试验这些试验的特点和作用如下: 1探讨
13、性(探究性)或验证性学生试验 这两类试验是以学生获得学问的不同途径来划分的,探讨性(探究性)试验的主要目的是,让学生通过视察测量活动和归纳概括的思维方式来建立物理概念和相识物理规律,同时训练肯定的试验技能,它具有让学生亲自“发觉”的意义人们常称其为“探究性试验”在中学物理教学中验证性试验的主要目的是让学生通过试验验证由已知理论推导出的新结论的正确性,从而加深对新学问的理解,并训练试验技能这两种试验方法都是物理科学探讨中的基本试验方法,前者是从个别到一般,试验在前,而结论在后,试验成为探究规律的主要手段后者则推理推断在前,试验验证在后在物理教学中,这两种方法都各具重要的作用探讨(探究)性试验之前
14、,由于学生还不知道试验的结论,要求他们自己去“发觉”,因此学生的主动性是比较高的,能够较好地激发学生通过手脑并用、探求学问的欲望和培育视察、归纳、概括实力验证性试验是传统学生试验中的主要类型,它能够使学生更好地理解学问的内在联系,相识理论的能动作用,培育推理、验证分析实力 2测定物理量和物理常数的学生试验 这类试验在学生分组试验中也占有相当大的比例它主要是让学生利用已知的物理概念或物理规律并运用肯定的仪器来测定某个物理量或物理常数,例如,利用自由落体的规律“测重力加速度”,利用完全非弹性碰撞中的动量守恒定律来“测定弹丸的出口速度”,利用欧姆定律以“状安法测电阻”等它可以帮助学生理解物理概念和物
15、理量的意义,学会应用物理规律,训练基本试验技能,并学习间接测量的奇妙方法 3基本仪器运用训练性和装配技术训练性的学生试验 当然在前述几类试验中都要运用肯定的基本仪器和涉及某些装配技术但是对于某些重要的基本仪器和试验技术,有必要对学生进行肯定的试验技能技巧训练这就是这两类试验的目的例如,“示波器的运用”试验,可以使学生了解电子束在电场中偏转的原理,知道示波器面板上各主要限制器件的名称和作用,学习和初步驾驭运用示波器的最基本方法又如,“安装简洁的收音机”试验,可以使学生学习电子线路图的相识方法,熟识简洁收音机的基本原理和接受电子装配技术的初步训练 总的说来,学生分组试验的最主要特征是学生的独立实践
16、活动,这种活动有系统的、统一的要求,并在试验室内完成假如把老师的演示示范看成是带路的向导,则单靠向导带路往往达不到独立认路的目的,只有在自己实践的基础上,才能在没有向导时分辨前进的方向在这种意义上,学生分组试验是任何其它的教学手段和方法所不能替代的 三、课内小试验的特点和作用 课内小试验是穿插在课堂教学过程中的学生小试验,它与演示试验的不同点主要在它的操作者不是老师或者是帮助老师的个别学生而是全体学生它与学生分组试验的不同,它不象学生分组试验那样用整节课比较规范地完成老师在试验室中打算好的试验,也不肯定要履行“预习试验-报告”的要求通常它与老师的讲解亲密协作,比较小型敏捷,可以依据教学须要,选
17、择不同性质的试验,可以是一个小试验,也可以是一组系列的小试验,或者是根据肯定程序编排的系列阶段试验试验的时间可以由几分钟到几非常钟;组织形式,可以是同桌的两人一组,也可以是更多一些人组成一组试验可以在试验室进行,也可以在教室进行,可以用配套的正规仪器,也可以用自制教具、学具或者是顺手可取的日常生活用品进行试验这种试验与老师的讲授和学生的自学、探讨结合组成“边教边试验”或“边学边试验”的课型,并具有如下的优点: 1由于让学生通过自己动手来学习学问,而不只是看老师演示,有助于发挥学生的主动性,有利于克服课堂教学“满堂灌”的现象 2由于在这类试验的间隙穿插老师的启发引导、讲解或老师与学生,学生与学生
18、的探讨,在这种物理环境中,有利于扩大课堂内师生的信息沟通,在老师的主导作用下,发挥学生的主体作用 3由于这类试验小型敏捷、运用便利,可以增加学生试验在教学中的比重,因此,可以供应更多的机会来培育学生的试验技能和训练科学方法 假如我们把以上三类课堂教学中的试验根据老师施加影响的程度和学生的独立活动量排一个队,则如表所示:课堂试验种类 老师影响程度 学生独立活动量 演示试验 大 小 课内小试验 中 中 学生分组试验 小 大 由此可见,我们应当将它们有机地结合起来,以取得最佳的课堂试验教学效果 7.3演示试验教学 演示试验在中学物理教学试验中占有很大的比重,而且是一种深受学生欢迎的试验形式它是老师施
19、展教学艺术的独特手段,它能够化枯燥为生动,化抽象为详细演示试验的内容和方法有很大的敏捷性同一课题,老师可以用现成的仪器设备,也可以用自制教具进行演示同一个演示仪器,老师可用于引入课题,也可用以巩固新课为更好地发挥其功能,必需深化探讨演示试验教学的基本要求 一、演示试验教学的基本要求 1要有明确的目的 演示试验运用于课堂教学的不同环节,有不同的目的,因此有不同的要求有无必要演示,选择什么样的演示,怎样进行演示,都必需首先从详细的目的动身 例如,我们在学习近平抛和斜抛的内容时,可供选择的演示试验许多,抛出粉笔头就是一个最简洁的演示,还有如图7-5所示的“三球相碰”的演示,水流喷射的演示,以及利用闪
20、光照相等等 明显,在运用演示引入课题或巩固所学学问时,老师总要力图增加试验的趣味性,以更好地调动思维主动性抛粉笔头的演示虽然简洁,但在引导学生通过视察定性地描述平抛运动的特征这一点上却很好,好就好在它稍纵即逝,活跃课堂气氛,并可较好地训练学生的视察实力假如须要让学生相识“平抛运动可以看成是水平匀速运动和自由落体运动的合成”,可用如图75所示的“三球演示器”,并协作运用闪光照相图片(或投影),效果就很好缘由就在于它们能够清晰地显示抛体运动的本质特征 由上可知,我们不能离开演示的详细功能来评价演示的好坏,演示试验只有和肯定的教学过程结合起来,才能发挥它的作用 2要明显和直观 可以说,演示试验的一切
21、功能都离不开视察,视察者只能在演示者所给观象的基础上进行视察,因此演示试验的直观是最至少的要求 (1)演示的现象要明显 一人演示,众人视察,所以现象必需明显能否使每个学生都看到要演示的现象,是老师心目中有无学生的表现为使现象明显,仪器的尺寸要足够大,测量仪表的刻度线要适当粗些,声、光及视察物体与背景的对比度要强,过程中的改变要显著必要时,可以借助投影、机械放大、光杠杆、放大电路等手段增加现象的明显性其次要留意放置仪器的位置,有足够的高度,不平摊在桌面上,运动体所在的平面应与黑板面平行必要时,可借助演示小桌、演示垫凳、演示板、演示支架和磁性黑板等 (2)仪器简洁,过程明瞭 我们力求演示仪器简洁,
22、过程明瞭,其目的在于突出要视察的物理现象和过程,降低无关因素的干扰,特殊是在一些为建立、巩固物理概念的定性演示中,没有必要选择精密困难的试验装置例如,用前面介绍的椭圆墨水瓶演示微小形变的现象,效果就比用困难的光杠杆系统装置好又如,用如图7-6所示的铁丝轨道对比小球静止和运动时对凸桥、凹桥桥面的压力时,把小球放在凸桥顶端,小球恰巧能从两桥臂之间掉下去,但让小球从斜面上滚下,再经过凸桥顶端时,小球便不再从两臂之间落下,而是沿桥面惊过把凹桥下方的搭钩脱开,让小球静止地放在四桥的中心,显示小球的压力不足以将两铁丝桥臂挤开而下落,然后让小球从斜轨上滚下,当小球经过凹桥底端时,小球即从两轨道之间掉了下去由
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